CFRP 드릴링 가공에서의 이송모터 전류를 이용한 절삭추력 추정

국문 초록 (Abstract)

최근 이산화탄소 배출규제 등의 강화로 운송수단 관련 산업계에서는 경량소재에 대한 관심이 증가하고 있다. 이러한 경량소재 중 탄소섬유강화플라스틱(CFRP)은 높은 단위질량당 강도로 그 가능성이 높게 평가되고 있으며, 항공 및 자동차업계에서의 수요가 계속 증가하고 있다. 그러나, CFRP는 가공에 있어서 잦은 박리현상과 높은 공구마모로 생산성 및 품질 향상에 어려움이 있으나, 드릴링의 경우에는 절삭추력을 통해 감시가 가능한 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 CFRP 드릴링 공정에서 이송모터 전류를 이용하여 절삭추력을 추정할 수 있음을 보였다. 특히, 기존의 금속소재의 드릴링에 비해 절삭추력의 크기가 월등히 작고, 위치에 따른 이송계 마찰력 성분이 존재하는 경우에도 이송모터 전류를 이용하여 절삭추력의 추정이 가능함을 확인하였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Recently, there has been increasing interest in the use of lightweight materials for transportation systems owing to CO₂ emission regulations. Carbon fiber reinforced plastic (CFRP) is a very promising lightweight material with an excellent strength-to-mass ratio. As a result, there is great demand for CFRP materials in the aviation and automobile industries. However, CFRP machining has troublesome limitations, such as frequent delamination and severe tool wear, which can be monitored by the thrust force during drilling. In this study, an estimation of the thrust force using the feed motor current during CFRP drilling is presented. The results demonstrate that the thrust force in CFRP drilling can be successfully estimated even though the force is significantly smaller than that of typical metals and the friction in the feed drive is dependent on the stage position.

목차 (Table of Contents)

• 초록
• Abstract
• 1. 서론
• 2. 실험 장치 및 방법
• 3. 실험 결과 및 분석
• 4. 결론
• 참고문헌

참고문헌 (Reference)

1 윤상환, "프로피버스 통신을 이용한 실시간 절삭 상태 모니터링에 관한 연구" 한국기계가공학회 15 (15): 1-7, 2016

2 김규호, "탄소섬유복합재 가공의 결함특성 및 결함 저감을 위한 경계검출" 한국정밀공학회 33 (33): 453-458, 2016

3 황규완, "적층각도를 지닌 CFRP 시험편에서의 크랙전파 특성" 대한기계학회 40 (40): 1013-1019, 2016

4 윤원석, "섬유강화복합재료를 사용한 일반용 경량화 자전거 프레임의 최적설계" 대한기계학회 40 (40): 147-156, 2016

5 김재혁, "머시닝 센터의 각 축별 에너지 모니터링 시스템" 한국정밀공학회 32 (32): 339-344, 2015

6 박기문, "공구 형상에 따른 CFRP의 가공결함 제거에 관한 연구" 한국기계가공학회 16 (16): 16-23, 2017

7 Rawat, S., "Wear Mechanisms and Tool Life Management of WC–Co Drills During Dry High Speed Drilling of Woven Carbon Fibre Composites" 267 (267): 1022-1030, 2009

8 박경희, "Wear Characteristic on BAM Coated Carbide Tool in Drilling of Composite/Titanium Stack" 한국정밀공학회 13 (13): 1073-1076, 2012

9 Aliustaoglu, C, "Tool Wear Condition Monitoring Using a Sensor Fusion Model Based on Fuzzy Inference System" 23 (23): 539-546, 2009

10 Byrne, G, "Tool Condition Monitoring (TCM) - the Status of Research and Industrial Application" 44 (44): 541-567, 1995

11 Choi, Y. J, "Prediction of Drill Failure Using Features Extraction in Time and Frequency Domains of Feed Motor Current" 48 (48): 29-39, 2008

12 Jamaludin, Z, "Friction Compensation of an XY Feed Table Using Friction-Model-Based Feedforward and an Inverse-Model-Based Disturbance Observer" 56 (56): 3848-3853, 2009

13 Lee, W, "Friction Compensation Controller for Load Varying Machine Tool Feed Drive" 96 : 47-54, 2015

14 Jeong, Y. H, "Estimation of Machine Tool Feed Drive Inclination from Current Measurements and a Mathematical Model" 46 (46): 1343-1349, 2006

15 홍석우, "Charpy Impact Fracture Characteristics of CFRP Composite Materials According to Variations of Fiber Array Direction and Temperature" 한국정밀공학회 14 (14): 253-258, 2013

16 Bonnet, C, "CFRP Drilling: Fundamental Study of Local Feed Force and Consequences on Hole Exit Damage" 94 : 57-64, 2015